RU168094U1

RU168094U1 - LARGE SIZE PLASMA CHEMICAL ETCHING DEVICE

Info

Publication number: RU168094U1
Application number: RU2016117634U
Authority: RU
Inventors: Татьяна Сергеевна Смирнова; Владимир Иванович Петраков; Сергей Алексеевич Сергеев; Эдуард Александрович Лебедев
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-01-18

Abstract

Использование: для обработки полупроводниковых пластин большого диаметра в плазме разреженных газов. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для плазмохимического травления пластин большого размера, включает корпус камеры, две группы электродов, выполненные в виде концентрических колец, изолированный подложкодержатель с расположенной на нем обрабатываемой пластиной и систему газонапуска, электроды выполнены в виде полых водоохлаждаемых колец, зазор между которыми составляет от 5 до 8 мм, к одной группе относятся ВЧ-электроды, а ко второй - заземленные электроды, причем центральный электрод находится под ВЧ потенциалом и выполнен в виде стержня, при этом движение газового потока осуществляется вдоль поверхности ВЧ-электродов перпендикулярно поверхности обрабатываемой пластины и дополнительно контролируется отдельным регулируемым натекателем в каждом кольцевом канале, а подложкодержатель находится вне зоны возбуждения плазмы. Технический результат обеспечение возможности увеличения диаметра пластин, подвергаемых плазмохимическому травлению, без потери качества. 1 н.п. и 1 з.п. ф-лы, 1илл.Usage: for processing semiconductor wafers of large diameter in a plasma of rarefied gases. The essence of the utility model is that a device for plasma-chemical etching of large plates includes a chamber body, two groups of electrodes made in the form of concentric rings, an insulated substrate holder with a processed plate located on it and a gas inlet system, the electrodes are made in the form of hollow water-cooled rings, the gap between which is from 5 to 8 mm, the rf electrodes belong to one group and the grounded electrodes to the second, and the central electrode is under the rf potential m and formed into a rod, wherein the movement of the gas stream is effected along the surface of the HF electrode plates perpendicular to the surface and further treated individual controlled variable leak valve in each annular channel, and the substrate holder is located outside the plasma excitation region. EFFECT: provision of the possibility of increasing the diameter of plates subjected to plasma-chemical etching without loss of quality. 1 n.p. and 1 z.p. f-ly, 1ill.

Description

Полезная модель относится устройствам для плазмохимического травлению материалов и может быть использована для обработки полупроводниковых пластин большого диаметра в плазме разреженных газов, в частности для изотропного удаления двуокиси кремния, очистки пластин от фоторезиста.The utility model relates to devices for plasma-chemical etching of materials and can be used for processing large-diameter semiconductor wafers in rarefied gas plasma, in particular, for isotropic removal of silicon dioxide, and for cleaning plates from photoresist.

Устройство плазмохимического травление, согласно изобретению TW 201507026 (МПК H01J 37/305; H01L 21/3065, опубл. 2015-02-16), содержит камеру обработки, секцию удержания подложки в камере обработки и электродную пластину, обращенную к секции удержания подложки внутри камеры обработки. Устройство плазмохимического травления дополнительно содержит набор секций для подачи технологического газа в пространство между секцией удержания и электродной пластиной, причем каждая из секции подачи расположена в одной из n (где n означает натуральное число 2 или выше) областей, имеющих форму концентрических кругов, расположенных перпендикулярно подложке с секциями подачи технологического газа через равные интервалы в каждой области. Устройство плазмохимического травления также содержит источник питания высокой частоты (ВЧ), который преобразует технологический газ в плазму путем подачи высокочастотной мощности на секцию удержания или на электродную пластину. Устройство плазмохимического травления также контролирует скорость потока газа, подаваемого из отверстий подачи газа в каждой области.A plasma chemical etching device according to the invention TW 201507026 (IPC H01J 37/305; H01L 21/3065, publ. 2015-02-16), comprises a treatment chamber, a substrate holding section in the processing chamber and an electrode plate facing the substrate holding section inside the chamber processing. The plasma chemical etching device further comprises a set of sections for supplying the process gas into the space between the holding section and the electrode plate, each of the feeding sections being located in one of n (where n is a natural number 2 or higher) regions having the form of concentric circles located perpendicular to the substrate with process gas supply sections at regular intervals in each area. The plasma chemical etching device also contains a high frequency (HF) power source that converts the process gas into plasma by supplying high frequency power to the holding section or to the electrode plate. The plasma chemical etching device also controls the gas flow rate supplied from the gas supply openings in each region.

В патенте US 5961772 (МПК H01J 37/32; H01L 21/302; Н05Н 1/24; H05H 1/46; опубл. 1999-10-05) предложено использование двух концентрических электродов для создания плазмы в кольцевом зазоре между ними. Формируемый устройством плазменный разряд создает газовый поток температурой не выше 250°С при мощности 300 В, способный произвести быструю очистку или травление металлов и других материалов, также удалить пленки и покрытия. Возникновение дугового разряда предупреждается использованием гелия, ограничивающего ионизацию, высокой скоростью потока и ВЧ питанием электрода.In the patent US 5961772 (IPC H01J 37/32; H01L 21/302; H05H 1/24; H05H 1/46; publ. 1999-10-05) proposed the use of two concentric electrodes to create a plasma in the annular gap between them. The plasma discharge generated by the device creates a gas stream with a temperature not exceeding 250 ° C at a power of 300 V, capable of quickly cleaning or etching metals and other materials, and also removing films and coatings. The occurrence of an arc discharge is prevented by the use of helium, limiting the ionization, high flow rate and RF power supply of the electrode.

Недостатком этих устройств является неспособность обработки пластин большого диаметра. Увеличение диаметра электродов приведет к неоднородности травления, во избежание которой придется отдалить пластину от зоны возбуждения, что резко понизит скорость травления из-за рекомбинации радикалов в пути.The disadvantage of these devices is the inability to process plates of large diameter. An increase in the diameter of the electrodes will lead to etching inhomogeneity, in order to avoid which it is necessary to move the plate away from the excitation zone, which will sharply reduce the etching rate due to the recombination of radicals along the path.

Для обеспечения возможности обработки пластин большого диаметра следует увеличить количество электродов.To enable processing of large diameter plates, the number of electrodes should be increased.

Известно устройство, принятое за прототип (заявка на патент 93008861, МПК H01L 21/306, опубл. 20.04.1995), для плазменного травления материалов, которое содержит разрядную камеру с газовакуумной системой, электроды для возбуждения плазмы, выполненные в виде двух групп соединенных между собой поочередно концентрических колец, закрепленных на диэлектрической пластине. Основным преимуществом предлагаемой конструкции является обеспечение высокого процента выхода годных изделий за счет повышения равномерности распределения скорости травления по поверхности подложки любого диаметра, до 200 мм включительно.A device known for the prototype (patent application 93008861, IPC H01L 21/306, publ. 04/20/1995), for plasma etching of materials, which contains a discharge chamber with a gas-vacuum system, electrodes for exciting plasma, made in the form of two groups connected between alternately concentric rings mounted on a dielectric plate. The main advantage of the proposed design is the provision of a high percentage of suitable products by increasing the uniformity of the etching rate distribution over the surface of the substrate of any diameter, up to 200 mm inclusive.

Целью настоящей полезной модели является повышение качества обработки пластин большого диаметра, путем уменьшения вредного энергетического воздействия плазмы на их поверхность и повешения равномерности обработки.The purpose of this utility model is to improve the processing quality of large-diameter plates by reducing the harmful energy effects of plasma on their surface and improving the uniformity of processing.

Технический результат заключается в значительном увеличении диаметра пластин, подвергаемых плазмохимическому травлению, без потери качества обработки.The technical result consists in a significant increase in the diameter of the plates subjected to plasma-chemical etching, without loss of processing quality.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для плазмохимического травления пластин большого размера, включающем корпус камеры, две группы электродов, выполненные в виде концентрических колец, изолированный подложкодержатель с расположенной на нем обрабатываемой пластиной и систему газонапуска, согласно полезной модели, электроды выполнены в виде полых водоохлаждаемых колец, зазор между которыми составляет от 5 до 8 мм, к одной группе относятся ВЧ-электроды, а ко второй - заземленные электроды, причем центральный электрод находится под ВЧ потенциалом и выполнен в виде стержня, при этом движение газового потока осуществляется вдоль поверхности ВЧ-электродов перпендикулярно поверхности обрабатываемой пластины, а подложкодержатель находится вне зоны возбуждения плазмы.The technical result is achieved by the fact that in a device for plasma-chemical etching of large plates, including a camera body, two groups of electrodes made in the form of concentric rings, an insulated substrate holder with a processed plate located on it and a gas inlet system, according to a utility model, the electrodes are made in the form of hollow of water-cooled rings, the gap between which is from 5 to 8 mm, the high-frequency electrodes belong to one group, and the grounded electrodes to the second, and the central electrode hoditsya under HF capacity and is formed as a rod, wherein the movement of the gas stream is effected along the surface of the HF electrode perpendicularly to the surface treated plate, and the substrate holder is located outside the plasma excitation region.

С целью увеличения равномерности обработки пластин большого диаметра, прохождение газового потока по каждому кольцевому каналу может дополнительно контролироваться отдельным регулируемым натекателем, а мощность, вкладываемая в разряд в каждом кольцевом зазоре между электродами, может дополнительно регулироваться специальными устройствами регулировки мощности.In order to increase the uniformity of processing of large-diameter plates, the gas flow through each annular channel can be additionally controlled by a separate adjustable leak, and the power invested in the discharge in each annular gap between the electrodes can be further controlled by special power control devices.

Так как количество кольцеобразных электродов можно увеличить неограниченно, данная система позволит обрабатывать пластины практически любого диаметра. Такая конструкция позволит управлять газонапуском над поверхностью пластины, регулируя таким образом радиальную неоднородность скорости обработки поверхности, благодаря тому, что каждая пара электродов может иметь свою систему газонапуска.Since the number of ring-shaped electrodes can be increased unlimitedly, this system will allow processing plates of almost any diameter. This design will allow you to control the gas inlet above the surface of the plate, thus controlling the radial heterogeneity of the surface treatment speed, due to the fact that each pair of electrodes can have its own gas inlet system.

Зона обработки пространственно отделена от зоны генерации плазмы. Перераспределение мощности, вкладываемой в разряд, производится между каждой парой кольцевых электродов независимо, таким образом меняется концентрация активных радикалов над поверхностью пластины, обеспечивая равномерность ее обработки.The treatment zone is spatially separated from the plasma generation zone. The redistribution of the power invested in the discharge is made between each pair of ring electrodes independently, thus changing the concentration of active radicals above the surface of the plate, ensuring the uniformity of its processing.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства в разрезе.In FIG. 1 is a schematic sectional view of the proposed device.

Устройство содержит заземленный корпус 1 с откачным патрубком 2, расположенный в корпусе 1 подложкодержатель 3 с обрабатываемой пластиной 4. Верхняя крышка камеры состоит из чередующихся потенциальных 5 и заземленных 6 электродов, рабочие поверхности которых, имеют форму соосных цилиндров. Блок газонапуска состоит из натекателей 7, которые регулируют подачу газовой смеси в зазоры между этими электродами. Питание электродов осуществляется от высокочастотного устройства 8. ВЧ-мощность, подаваемая на потенциальные электроды 5 распределяется при помощи устройств 9.The device comprises a grounded housing 1 with a pumping nozzle 2 located in the housing 1 of the substrate holder 3 with the plate 4. The top cover of the chamber consists of alternating potential 5 and grounded 6 electrodes, the working surfaces of which are in the form of coaxial cylinders. The gas inlet block consists of leakages 7, which regulate the flow of the gas mixture into the gaps between these electrodes. The electrodes are powered from a high-frequency device 8. The RF power supplied to the potential electrodes 5 is distributed using devices 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На подложкодержатель 3 укладывается обрабатываемая пластина 4. Корпус 1 и система элетродов герметизируют реакционный объем. Через патрубок 2 производится откачка камеры до давления 1.3-6 Па. После достижения этого давления осуществляется подача рабочего газа в область возбуждения разряда. При установлении в камере рабочего давления 350-500 Па на электроды 5 от генератора 8 через устройство согласования подается ВЧ напряжение частотой 13,56 МГц. В зазоре между электродами 5 и 6 возбуждается плазма тлеющего разряда. Образующиеся при этом химически активные радикалы переносятся газовым потоком к поверхности пластины и осуществляют процесс травления. При этом, т.к. ВЧ поле в реакторе направлено вдоль поверхности пластины, оно препятствует дрейфу заряженных частиц в потоке газа в направлении к поверхности пластины, таким образом уменьшая вредное энергетическое воздействие разряда на поверхность. Во избежание радиальной неоднородности травления по пластине, мощность, вкладываемая в каждый кольцевой зазор, перераспределяется соответствующим устройством, а расход газовой смеси, подаваемой в каждый кольцевой зазор, регулируется отдельным натекателем.On the substrate holder 3, the processed plate 4 is laid. The housing 1 and the system of electrodes seal the reaction volume. Through the pipe 2, the chamber is pumped out to a pressure of 1.3-6 Pa. After reaching this pressure, the working gas is supplied to the discharge excitation region. When a working pressure of 350-500 Pa is established in the chamber, an RF voltage of 13.56 MHz is supplied through the matching device to the electrodes 5 from the generator 8. In the gap between the electrodes 5 and 6, a glow discharge plasma is excited. The chemically active radicals formed in this process are transferred by gas flow to the surface of the plate and carry out the etching process. Moreover, since The RF field in the reactor is directed along the surface of the plate, it prevents the drift of charged particles in the gas flow towards the surface of the plate, thereby reducing the harmful energy effect of the discharge on the surface. In order to avoid radial inhomogeneity of etching along the plate, the power invested in each annular gap is redistributed by the corresponding device, and the flow rate of the gas mixture supplied to each annular gap is regulated by a separate leakage.

Claims

1. A device for plasma-chemical etching of large plates, including a chamber body, two groups of electrodes made in the form of concentric rings, an insulated substrate holder with a processed plate located on it and a gas inlet system, characterized in that the electrodes are made in the form of hollow water-cooled rings, the gap between which ranges from 5 to 8 mm, one group includes high-frequency electrodes, and the second group includes grounded electrodes, the central electrode being under the high-frequency potential and made in the form of the rod, while the gas flow is carried out along the surface of the RF electrodes perpendicular to the surface of the processed plate and is additionally controlled by a separate adjustable leak in each annular channel, and the substrate holder is located outside the plasma excitation zone.

2. The device according to p. 1, characterized in that the power invested in the discharge in each annular gap between the electrodes can be additionally regulated by special power control devices.